CN104045011A

CN104045011A - 一种起重机力矩限制器

Info

Publication number: CN104045011A
Application number: CN201410298348.3A
Authority: CN
Inventors: 王远志
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2014-09-17

Abstract

本发明涉及涉及一种起重机力矩限制器，包括单片机和与单片机相连接的状态信息存储模块，单片机的输入端与数据采集通道模块和键盘参数输入模块相连，单片机的输出端与点阵液晶显示模块和报警制动保护模块相连；采集通道模块由长度传感器、角度传感器、压力传感器和连接在三者输出端的A/D转换模块；长度传感器安装在起重机主臂铰盘处，角度传感器安装在吊钩上方的主臂上，压力传感器使用专用夹具安装在钢丝绳上。它利用传感器与单片机对起重机多个工作参数进行在线测量的智能化设备，具有参数设置、实时状态显示、超限报警制动等功能。利用它可以提高起重机的自动化程度、控制精度和操作安全性。

Description

一种起重机力矩限制器

技术领域

本发明涉及起重机技术领域，具体是涉及一种起重机力矩限制器。

背景技术

起重机在工程建设和事故救援中起着非常重要的作用，在使用起重机进行起重作业时，起重机在工作过程中的力矩是不断变化的，而其所能承受的力矩是一个定值，工作幅度越大，起重机所能吊起的重物就越轻，如果起重力矩超过限制会导致吊臂折断甚至整机倾覆等恶性事故，因此，在起重机上安装灵敏可靠的力矩限制器是必不可少的安全防范措施之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种起重机力矩限制器，它是利用传感器与单片机对起重机多个工作参数进行在线测量的智能化设备，具有参数设置、实时状态显示、超限报警制动等功能。利用它可以提高起重机的自动化程度、控制精度和操作安全性。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：一种起重机力矩限制器，包括AT89C52单片机和与AT89C52单片机相连接的状态信息存储模块，所述AT89C52单片机的输入端与数据采集通道模块和键盘参数输入模块相连，所述AT89C52单片机的输出端与点阵液晶显示模块和报警制动保护模块相连；所述采集通道模块由长度传感器、角度传感器、压力传感器和连接在三者输出端的A/D转换模块；所述长度传感器安装在起重机主臂铰盘处，所述角度传感器安装在吊钩上方的主臂上，所述压力传感器使用专用夹具安装在钢丝绳上。

优选的，所述长度传感器、角度传感器、压力传感器的输出端与A/D转换模块之间还设计有V/I转换电路。

优选的，所述A/D转换模块为12位A/D转换器MAX197。

优选的，所述V/I转换电路由一只TL074芯片与少量***器件构成。

优选的，所述TL074芯片是一个内含4个运算放大器(IC1A～IC1D)的集成块。

优选的，所述点阵液晶显示模块采用点阵图形式液晶模块MGL(S)-240128E。

优选的，所述状态信息存储模块采用CMOS电可擦除可编程只读存储器。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：(1)本发明的力矩限制器作为起重机的安全保护装置，具有体积小、功能多、可靠性高、操作方便等优点，符合国家有关技术标准和工作精度的要求。它可以准确地对起重机的起重量和工作幅度进行监控，对起重机的安全作业起到很好的保护作用。(2)本发明的力矩限制器采用多参数显示及超载报警使操作人员能及时了解起重机的工作状况，提高了工作效率，有效预防事故的发生。

附图说明

图1本发明的***硬件组成框图；

图2本发明的力矩限制器工作原理图；

图3本发明的力矩限制器V/I转换电路图。

图中标号为：1-AT89C52单片机，2-采集通道模块，21-长度传感器，22-角度传感器，23-压力传感器，24-A/D转换模块，3-报警制动保护模块，4-键盘参数输入模块，5-点阵液晶显示模块，6-状态信息存储模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1至图3可知，一种起重机力矩限制器，包括AT89C52单片机1和与AT89C52单片机1相连接的状态信息存储模块6，所述AT89C52单片机1的输入端与数据采集通道模块2和键盘参数输入模块4相连，所述AT89C52单片机1的输出端与点阵液晶显示模块5和报警制动保护模块3相连；所述采集通道模块2由长度传感器21、角度传感器22、压力传感器23和连接在三者输出端的A/D转换模块24；所述长度传感器21安装在起重机主臂铰盘处，所述角度传感器22安装在吊钩上方的主臂上，所述压力传感器23使用专用夹具安装在钢丝绳上。

***中的MCU采用AT89C52单片机，它采用CHMOS工艺及高密度、非易失存储技术制造，与80C51引脚和指令***完全兼容，其内部所含功能部件为：1个8位CPU；1个片内振荡器及时钟电路；8KB PEROM；3个16位定时/计数器；21个特殊功能寄存器；4个8位并行I/O口，共32条可编程I/O端线；1个可编程全双工串行口；8个中断源。

数据采集通道中使用长度传感器、角度传感器和压力传感器。它们分别采集主臂伸长长度、主臂仰角和起重载荷的信号，放大后利用V/I转换电路将微弱电压信号转换成4～20mA电流信号，该电流信号送到主控制器后，选用专用芯片RCV420实现4～20mA电流信号与0～5V电压信号的精确转换，最后将电压信号送入A/D转换器进行转换。压力传感器的安装要满足安装方便，测量准确，线性度好。***使用专用夹具，将传感器直接安装在钢丝绳上，通过检测钢丝绳张力来反映起重载荷。实践证明，这种方式安装简便，检测精度高。

起重机主臂与水平线的夹角称为主臂仰角。该角度反映了起重机的工作幅度和倾覆危险程度，直接关系到工作是否安全，因此也需要精确测量。***采用重锤式结构测量该角度。

数据采集A/D转换器选用多量程、多路模拟输入通道、12位A/D转换器MAX197。该A/D转换器具有转换速度快、精度高及单片机读取方便等特点。主臂伸长长度、主臂仰角及起重量等信号送入MAX197的CH0、CH1、CH2通道，可通过编程选择某通道，将模拟量转换成相应的数字量，再由单片机读入进行数据处理。

压力传感器及角度传感器输出的-1～1V微弱电压信号会因为线路压降和各种干扰等影响测量精度。电流信号与电压信号相比有更好的抗干扰性，适合远距离传输。利用1只TL074与少量***器件构成V/I转换电路，如图3所示。TL074是1个内含4个运算放大器(IC1A～IC1D)的集成块。由IC1A构成的控制放大器，其同相输入端送入要转换的电压V1，而其反相输入端则引入2个电压：第1个电压是由IC1B构成的电压跟随器的输出电压VB，VB＝V2，作用是在电路传输函数中提供1个调偏电压；第2个是由IC1C和IC1D构成的同相串级差动放大器电路的输出电压VC，其值等于电流敏感电阻RCS两端电压降的2倍。由2个电阻R1组成的分压器将VB、VC电压等分后再相加送到IC1A的反相输入端。为保证V/I转换工作在线性区，控制放大器IC1A必须送出足够大的电流流过RCS，所以在IC1A后加1个由晶体管BC639构成的电流放大极。

设流过RCS的转换电流为IL，则VIO＝IL·RL

由IC1D构成的运算放大电路知：

VD＝(1+R2/R2)VIO＝2IL·RL

而V12＝IL(RCS+RL)

由IC1C构成的运算放大电路可知

VC＝(1+R2/R2)V12-(R2/R2)VD＝2IL(RCS+RL)-2ILRL＝2IL RCS

VE＝VB/2+VC/2＝(V2+2ILRCS)/2

对IC1A，因为有VE＝V1

所以V1＝(V2+2ILRCS)/2

故整个电路的传输函数为

IL＝(V1-0.5V2)/RCS

图3中V2＝-3V，RCS＝125Ω，当输入电压为0～20mV时，IL的电流为4～20mA.试验结果表明，该电路的线性度优于0.02％.该V/I转换电路调试好密封后与压力传感器、角度传感器安装在一起，电源与电流信号通过一对双绞线传送，提高了抗干扰能力，并节省了传输线，较好地解决了微弱信号在恶劣环境中远距离传输的问题。

进一步地，所述点阵液晶显示模块5采用点阵图形式液晶模块MGL(S)-240128E。其点阵数量为240×128，点阵尺寸是0127mm，液晶屏在外部显示控制器的控制下，可显示8×8，8×16，16×16等点阵的字符和汉字，同时还可以显示图形。可以图形形式实时显示主臂长度、主臂仰角、最大起重高度、工作幅度、实际起重量、额定起重量、力矩质量百分数等工作参数或根据检测数据实时绘出起重机的动态模拟图。

进一步地，所述状态信息存储模块6采用CMOS电可擦除可编程只读存储器。容量为1K(64×16位)，采用CMOS工艺制造，单一+5V电源，8脚DIP封装，不仅具有硬件和软件写保护功能，而且与TTL电路完全兼容。由于93C46具有成本低、接口简单、工作可靠等一系列独特的优点，可十分方便地与各种型号的微处理器相连，本实施例中，可对起重机在工作过程中，实时记录其实际起重量、额定起重量、主臂伸长长度、主臂仰角等起重机的工况，作为事故分析的原始依据。

数据采集通道中2使用长度传感器21、角度传感器22和压力传感器23。它们分别采集主臂伸长长度、主臂仰角和起重载荷的信号，放大后利用V/I转换电路将微弱电压信号转换成4～20mA电流信号，该电流信号送到主控制器后，选用专用芯片RCV420实现4～20mA电流信号与0～5V电压信号的精确转换，最后将电压信号送入A/D转换器24进行转换。A/D转换器24将转换后的信号传送到AT89C52单片机1后，AT89C52单片机1根据起重机主臂伸长长度和主臂仰角计算出工作幅度，通过查表得到当前工作幅度下起重机可承受的最大起重量，即额定起重量，安装在钢丝绳上的压力传感器23可以得到当前实际起重量。实际起重量与额定起重量的比值称为力矩质量百分数，即力矩质量百分数＝(实际起重量/额定起重量)×100％，力矩限制器根据力矩质量百分数判断当前工作状态是否安全。如果出现故障，报警制动保护模块3进行声光报警。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种起重机力矩限制器，其特征在于：包括AT89C52单片机和与AT89C52单片机相连接的状态信息存储模块，所述AT89C52单片机的输入端与数据采集通道模块和键盘参数输入模块相连，所述AT89C52单片机的输出端与点阵液晶显示模块和报警制动保护模块相连；所述采集通道模块由长度传感器、角度传感器、压力传感器和连接在三者输出端的A/D转换模块；所述长度传感器安装在起重机主臂铰盘处，所述角度传感器安装在吊钩上方的主臂上，所述压力传感器使用专用夹具安装在钢丝绳上。

2.根据权利要求1所述的一种起重机力矩限制器，其特征在于：所述长度传感器、角度传感器、压力传感器的输出端与A/D转换模块之间还设计有V/I转换电路。

3.根据权利要求1所述的一种起重机力矩限制器，其特征在于：所述A/D转换模块为12位A/D转换器MAX197。

4.根据权利要求2所述的一种起重机力矩限制器，其特征在于：所述V/I转换电路由一只TL074芯片与少量***器件构成。

5.根据权利要求4所述的一种起重机力矩限制器，其特征在于：所述TL074芯片是一个内含4个运算放大器(IC1A～IC1D)的集成块。

6.根据权利要求1所述的一种起重机力矩限制器，其特征在于：所述点阵液晶显示模块采用点阵图形式液晶模块MGL(S)-240128E。

7.根据权利要求1所述的一种起重机力矩限制器，其特征在于：所述状态信息存储模块采用CMOS电可擦除可编程只读存储器。